数字电路课后答案--第一单元

1.1 检验学习结果

1、什么是本征激发？什么是复合？少数载流子和多数载流子是如何产生的？

答：由于光照、辐射、温度的影响而产生电子—空穴对的现象称为本征激发；同时进行

的价电子定向连续填补空穴的的现象称为复合。掺入三价杂质元素后，由于空穴数量大大增加而称为多子，自由电子就是少子；掺入五价元素后，由于自由电子数量大大增加而称为多子，空穴就是少子。即多数载流子和少数载流子的概念是因掺杂而形成的。

2、半导体的导电机理和金属导体的导电机理有何区别？

答：金属导体中存在大量的自由电子载流子，因此金属导体导电时只有自由电子一种载流子；而半导体内部既有自由电子载流子又有空穴载流子，在外电场作用下，两种载流子总是同时参与导电，这一点是它与金属导体导电机理的区别。

3、什么是本征半导体？什么是N型半导体？什么是P型半导体？

答：原子排列得非常整齐、结构完全对称的晶体称为本征半导体

．．．．．。本征半导体掺入五价元素后形成N型半导体；掺入三价元素后形成P形半导体。

4、由于Ｎ型半导体中多数载流子是电子，因此说这种半导体是带负电的。这种说法正确吗？为什么？

答：这种说法不正确。因为，虽然N型半导体中有多子和少子之分，造成定城的离子带正电，但是整个晶体上的正、负电荷总数在掺杂过程中并没有失去或增加，所以晶体不带电。

5、试述雪崩击穿和齐纳击穿的特点。这两种击穿能否造成PN结的永久损坏？

答：电击穿包括雪崩击穿和齐纳击穿，前者是一种碰撞的击穿，后者属于场效应的击穿，这两种电击穿一般可逆，不会造成PN结的永久损坏。

6、何谓扩散电流？何谓漂移电流？何谓PN结的正向偏置和反向偏置？说说PＮ结有什么特性？

答：由多子形成的导通电流称扩散电流，由少子形成的电流称为漂移电流；当PN结的阳极P接电源正极，阴极N接电源负极时称为正向偏置，反之为反向偏置；PN结具有“正向导通、反向阻断”的单向导电性。

1.2 检验学习结果

1、何谓死区电压？硅管和锗管死区电压的典型值各为多少？为何会出现死区电压？

答：二极管虽然具有单向导电性，但是当正向电压较小时，由于外加正向电压的电场还不足以克服PN结的内电场对扩散运动的阻挡作用，二极管仍呈现高阻态，所以通过二极管

的正向电流几乎为零，即基本上仍处于截止状态，这段区域通常称为死区

．．。二极管工作在死区时，硅管的死区电压典型值是0.5V，锗管的死区电压典型值是0.1V。

2、为什么二极管的反向电流很小且具有饱和性？当环境温度升高时又会明显增大？

答：由于常温下少数载流子的数量不多，故反向电流很小，而且当外加电压在一定范围内变化时，反向电流几乎不随外加电压的变化而变化，因此反向电流又称为反向饱和电流。当环境温度升高时，受温度影响本征激发和复合运动加剧，因此少子数量增大。

3、把一个1.5V 的干电池直接正向联接到二极管的两端，会出现什么问题？

答：测量二极管类型及好坏时，通常采用1.5V 干电池串一个约1k 的电阻，并使二极管按正向接法与电阻相连接，使二极管正向导通。如果测量时直接把1.5V 的干电池正向连接到二极管的两端，因为没有限流电阻，很有可能使二极管中因电流过大而损坏。

4、二极管的伏安特性曲线上可分为几个区？能否说明二极管工作在各个区时的电压、电流情况？

答：二极管的伏安特性曲线上通常分为死区、正向导通区、反向截止区和反向击穿区。二极管工作在死区时，由于正向电压小于和等于死区电压，因此无法抵消PN 结内电场对正向扩散电流的阻碍作用，电流趋近于零；二极管工作在正向导通区时，管子正向端电压的数值基本保持在小于1V 的情况下不变，而在此电压下管子中通过的电流增长很快；二极管工作在反向截止区时，当温度不变时反向电流基本不变，且不随反向电压的增加而增大，故称为反射饱和电流，若温度变化时，对反向截止区的电流影响较大；二极管工作在击穿区时，特点是电压增加一点即造成电流迅速增大，若不加限制，则二极管有热击穿的危险。

5、半导体二极管工作在击穿区，是否一定被损坏？为什么？

答：半导体二极管工作在击穿区时不一定会损坏。因为，如果是电击穿，一般过程可逆，只要限流措施得当或及时撤掉击穿电压，就不会造成PN 结的永久损坏。但是，电击穿若不加任何限制而持续增强时，由于PN 结上的热量积累就会造成热击穿，热击穿过程不可逆，就会造成二极管的永久损坏。

6、理想二极管电路如图1-16所示。已知输入电压u i ＝10sinωt V ，试画出输出电压u 0的波形。

答： （a ）图：图中二极管若看作理想二极管，当输入正弦波电压低于－5V 时，二极管D 导通，输出电压u O =u i ；当输入正弦波电压高于－5V 时，二极管D 截止，输出电压u O =－5V

（b ）图：图中二极管也看作理想二极管，当输入正弦波电压高于＋5V 时，二极管D 导通，输出电压u O =u

i ；当输入正弦波电压低于＋5V 时，二极管D 截止，输出电压u O =＋5V ，波形如下图所示：

图1-16 检验题6电路图

1.3 检验学习结果

1、利用稳压管或普通二极管的正向压降，是否也可以稳压？

答：不可以。因为，硅二极管或稳压管的正向压降正常工作时只有0.7V，正向电压在正向偏置时管压降只能是0～0.7V，超过此电压过大时，二极管的管压降也不会超过1V，因此它们的正向压降是不能稳压的。

2、现有两只稳压管，它们的稳定电压分别为6V和8V，正向导通电压为0.7V。试问：

（1）若将它们串联相接，则可得到几种稳压值？各为多少？

（2）若将它们并联相接，则又可得到几种稳压值？各为多少？

答：（1）将额定电压分别为6V和8V的两个稳压管串联相接：反向串联时稳压值为14V；正向串联时1.4V；一反一正串联时可获得6.7V、8.7V。

（2）将额定电压分别为6V和8V的两个稳压管并联相接：反向并联时稳压值为6V；正向并联时或一反一正并联时只能是0.7V。

3、在图1-20所示电路中，发光二极管导通电压U D＝1.5V，正向电流在5～15mA时才能正常工作。试问图中开关S在什么位置时发光二极管才能发光？R的取值范围又是多少？

答：图中开关S闭合时发光二极管可导通。导通发光时正向5mA电流下1.5÷5=0.3kΩ；正向15mA电流下1.5÷15=0.1kΩ。因此限流电阻R的取值范围：100Ω～300Ω。

1.4 检验学习结果

1、三极管的发射极和集电极是否可以互换使用？为什么？

答：由于三极管的发射区和集电区掺杂质浓度上存在较大差异，且面积也相差不少，因此不能互换使用。如果互换使用，其放大能力将大大下降甚至失去放大能力。

2、三极管在输出特性曲线的饱和区工作时，其电流放大系数是否也等于β？

答：三极管工作在饱和区时，电流放大能力下降，电流放大系数β值随之下降。

3、使用三极管时，只要①集电极电流超过I CM值；②耗散功率超过P CM值；③集—射极电压超过U（BR）CEO值，三极管就必然损坏。上述说法哪个是对的？

答：其中只有说法②正确，超过最大耗散功率P CM值时，三极管将由于过热而烧损。

4、用万用表测量某些三极管的管压降得到下列几组数据，说明每个管子是NPN型还是PNP型？是硅管还是锗管？它们各工作在什么区域？

①U BE＝0.7V，U CE＝0.3V；

②U BE＝0.7V，U CE＝4V；

③U BE＝0V，U CE＝4V；

④U BE＝－0.2V，U CE＝－0.3V；

⑤U BE＝0V，U CE＝－4V。

答：①NPN硅管，饱和区；②NPN硅管，放大区；③NPN硅管，截止区；④PNP锗管，放大区；⑤PNP锗管，截止区。

1.5 检验学习结果

1、双极型三极管和单极型三极管的导电机理有什么不同？为什么称双极型三极管为电流控制型器件？MOS管为电压控制型器件？

答：双极型三极管有多子和少子两种载流子同时参与导电；单极型三极管只有多子参与导电。由于双极型三极管的输出电流I C受基极电流I B的控制，因此称其为电流控件；MOS 管的输出电流I D受栅源间电压U GS的控制，因之称为电压控制型器件。

2、当U GS为何值时，增强型N沟道MOS管导通？

答：当U GS=U T时，增强型N沟道MOS管开始导通，随着U GS的增加，沟道加宽，I D增大。当U GD＝U GS－U DS

3、在使用MOS管时，为什么其栅极不能悬空？

答：因为单极型三极管的输入电阻很高（二氧化硅层的原因），在外界电压的影响下，

栅极容易产生相当高的感应电压，造成管子击穿，所以，MOS

．．．．．．．．．．．．

．．．管在不使用时应避免栅极悬

空．，务必将各电极短接

．．．．．．．．。

4、双极型三极管和MOS管的输入电阻有何不同？

答：双极型三极管的输入电阻r be一般在几百欧～千欧左右，相对较小；而MOS管绝缘层的输入电阻极高，趋近于无穷大，因此通常认为栅极电流为零。

第1章检测题（共100分，120分钟）

一、填空题：

1、N型半导体是在本征半导体中掺入极微量的五价元素组成的。这种半导体内的多数载流子为自由电子，少数载流子为空穴，不能移动的杂质离子带正电。P型半导体是在本征半导体中掺入极微量的三价元素组成的。这种半导体内的多数载流子为空穴，少数载流子为自由电子，不能移动的杂质离子带负电。

2、三极管的内部结构是由发射区、基区、集电区区及发射结和集电结组成的。三极管对外引出的电极分别是发射极、基极和集电极。

3、PN结正向偏置时，外电场的方向与内电场的方向相反，有利于多数载流子的扩散运动而不利于少数载流子的漂移；PN结反向偏置时，外电场的方向与内电场的方向一致，有利于少子的漂移运动而不利于多子的扩散，这种情况下的电流称为反向饱和电流。

4、PN结形成的过程中，P型半导体中的多数载流子由P向N区进行扩散，N型半导体中的多数载流子由N向P区进行扩散。扩散的结果使它们的交界处建立起一个空间电荷区，其方向由N区指向P区。空间电荷区的建立，对多数载流子的扩散起削弱作用，对少子的漂移起增强作用，当这两种运动达到动态平衡时，PN结形成。

5、检测二极管极性时，需用万用表欧姆挡的R×1K档位，当检测时表针偏转度较大时，与红表棒相接触的电极是二极管的阴极；与黑表棒相接触的电极是二极管的阳极。检测

二极管好坏时，两表棒位置调换前后万用表指针偏转都很大时，说明二极管已经被击穿；两表棒位置调换前后万用表指针偏转都很小时，说明该二极管已经绝缘老化不通。

6、单极型晶体管又称为场效应（MOS）管。其导电沟道分有N沟道和P沟道。

7、稳压管是一种特殊物质制造的面接触型硅晶体二极管，正常工作应在特性曲线的反向击穿区。

8、MOS管在不使用时应避免栅极悬空，务必将各电极短接。

二、判断正误：

1、P型半导体中不能移动的杂质离子带负电，说明P型半导体呈负电性。（错）

2、自由电子载流子填补空穴的“复合”运动产生空穴载流子。（错）

3、用万用表测试晶体管时，选择欧姆档R×10K档位。（错）

4、PN结正向偏置时，其内外电场方向一致。（错）

5、无论在任何情况下，三极管都具有电流放大能力。（错）

6、双极型晶体管是电流控件，单极型晶体管是电压控件。（对）

7、二极管只要工作在反向击穿区，一定会被击穿损坏。（错）

8、当三极管的集电极电流大于它的最大允许电流I CM时，该管必被击穿。（错）

9、双极型三极管和单极型三极管的导电机理相同。（错）

10、双极型三极管的集电极和发射极类型相同，因此可以互换使用。（错）

三、选择题：

1、单极型半导体器件是（C）。

A、二极管；

B、双极型三极管；

C、场效应管；

D、稳压管。

2、P型半导体是在本征半导体中加入微量的（A）元素构成的。

A、三价；

B、四价；

C、五价；

D、六价。

3、稳压二极管的正常工作状态是（C）。

A、导通状态；

B、截止状态；

C、反向击穿状态；

D、任意状态。

4、用万用表检测某二极管时，发现其正、反电阻均约等于1KΩ，说明该二极管（C）。

A、已经击穿；

B、完好状态；

C、内部老化不通；

D、无法判断。

5、PN结两端加正向电压时，其正向电流是（A）而成。

A、多子扩散；

B、少子扩散；

C、少子漂移；

D、多子漂移。

6、测得NPN型三极管上各电极对地电位分别为V E＝2.1V，V B＝2.8V，V C＝4.4V，说明此三极管处在（A）。

A、放大区；

B、饱和区；

C、截止区；

D、反向击穿区。

7、绝缘栅型场效应管的输入电流（C）。

A、较大；

B、较小；

C、为零；

D、无法判断。

8、正弦电流经过二极管整流后的波形为（C）。

A、矩形方波；

B、等腰三角波；

C、正弦半波；

D、仍为正弦波。

9、三极管超过（C）所示极限参数时，必定被损坏。

A、集电极最大允许电流I CM；

B、集—射极间反向击穿电压U（BR）CEO；

C、集电极最大允许耗散功率P CM；

D、管子的电流放大倍数 。

10、若使三极管具有电流放大能力，必须满足的外部条件是（ C ）

A 、发射结正偏、集电结正偏；

B 、发射结反偏、集电结反偏；

C 、发射结正偏、集电结反偏；

D 、发射结反偏、集电结正偏。

四、简述题：

1、N 型半导体中的多子是带负电的自由电子载流子，P 型半导体中的多子是带正电的空穴载流子，因此说N 型半导体带负电，P 型半导体带正电。上述说法对吗？为什么？

答：这种说法是错误的。因为，晶体在掺入杂质后，只是共价键上多出了电子或少了电子，从而获得了N 型半导体或P 型半导体，但整块晶体中既没有失电子也没有得电子，所以仍呈电中性。

2、某人用测电位的方法测出晶体管三个管脚的对地电位分别为管脚①12V 、管脚②3V 、管脚③3.7V ，试判断管子的类型以及各管脚所属电极。

答：管脚③和管脚②电压相差0.7V ，显然一个硅管，是基极，一个是发射极，而管脚①比管脚②和③的电位都高，所以一定是一个NPN 型硅管。再根据管子在放大时的原则可判断出管脚②是发射极，管脚③是基极，管脚①是集电极。

3、图1-33所示电路中，已知E =5V ，t u ωsin 10i =V ，

二极管为理想元件（即认为正向导通时电阻R =0，反向阻断

时电阻R =∞），试画出u 0的波形。

答：分析：根据电路可知，当u i >E 时，二极管导通u 0=u i ，

当u i

示：

4、半导体和金属导体的导电机理有什么不同？单极型和双极型晶体管的导电情况又有何不同？

答：金属导体中只有自由电子一种载流子参与导电，而半导体中则存在空穴载流子和自由电子两种载流子，它们同时参与导电，这就是金属导体和半导体导电机理上的本质不同点。单极型晶体管内部只有多数载流子参与导电，因此和双极型晶体管中同时有两种载流子参与导电也是不同的。

5、图1-34所示电路中，硅稳压管D Z1的稳定电压为8V ，D Z2的稳定电压为6V ，正向压降均为0.7V ，求各电路的输出电压U 0。

答：（a ）图：两稳压管串联，总稳压值为14V ，所以U 0=14V ；

（b ）图：两稳压管并联，输出电压按小值计，因此U 0=6V ；

（c ）图：两稳压管反向串联，U 0=8.7V ；

（d ）图：两稳压管反向并联，可认为DZ1截止不通，则U 0=0.7V 。

6、半导体二极管由一个PN 结构成，三极管则由两个PN 结构成，那么，能否将两个二图1-33

t

极管背靠背地连接在一起构成一个三极管？如不能，说说为什么？

答：将两个二极管背靠背地连接在一起是不能构成一个三极管的。因为，两个背靠背的二极管，其基区太厚，不符合构成三极管基区很薄的内部条件，即使是发射区向基区发射电子，到基区后也都会被基区中大量的空穴复合掉，根本不可能有载流子继续向集电区扩散，所以这样的“三极管”是不会有电流放大作用的。

7、如果把三极管的集电极和发射极对调使用？三极管会损坏吗？为什么？

答：集电极和发射极对调使用，三极管不会损坏，但是其电流放大倍数大大降低。因为集电极和发射极的杂技浓度差异很大，且结面积也不同。

五、计算分析题：

1、图1-35所示三极管的输出特性曲线，试指出各区域名称并根据所给出的参数进行分析计算。（8分）

（1）U CE =3V ，I B =60μA ，I C =？

（2）I C =4mA ，U CE =4V ，I CB =？

（3）U CE =3V ，I B 由40~60μA 时，β=？

解：A 区是饱和区，B 区是放大区，C 区是截止区。

（1）观察图6-25，对应I B =60μA 、U CE =3V 处，集电极电流I C 约为3.5mA ；

（2）观察图6-25，对应I C =4mA 、U CE =4V 处，I B 约小于80μA 和大于70μA ；

（3）对应ΔI B =20μA 、U CE =3V 处，ΔI C ≈1mA ，所以β≈1000/20≈50。

图1-34

I C (m A)

U CE (V)

图1-35

2、已知NPN 型三极管的输入—输出特性曲线如图1-36所示，当

（1）U BE =0.7V ，U CE =6V ，I C =？

（2）I B =50μA ，U CE =5V ，I C =？

（3）U CE =6V ，U BE 从0.7V 变到0.75V 时，求I B 和I C 的变化量，此时的？=β（9分） 解：（1）由（a ）曲线查得U BE =0.7V 时，对应I B =30μA ，由(b)曲线查得I C ≈3.6mA ；

（2）由（b ）曲线可查得此时I C ≈5mA ；

（3）由输入特性曲线可知，U BE 从0.7V 变到0.75V 的过程中，ΔI B ≈30μA ，由输出特性曲线可知，ΔI C ≈2.4mA ，所以β≈2400/30≈80。

图1-36

I C (m A) U CE (V)

（b ）输出特性曲线 （a ）输入特性曲线 I B 12

8

6

0 4

2

0 BE (V)